青海云天化國際化肥有限公司轉鼓復合肥裝置自開車以來，渣酸調節閥存在兩個問題：第一，長期小開度運行，閥門開度在5%左右，導致很難控制，無法投自動；第二，閥門襯套沖刷損壞，閥芯腐蝕，導致內漏，甚至閥芯碎裂、卡死導致停車。
前后使用過FLOWSERVE旋塞閥、YADI旋塞閥、SZZ陶瓷閥以及FLYGER球閥，均無法滿足長周期運行的工藝要求，具體情況見表1。
表1 閥門使用情況表
2019年3月27日使用AZ籠套型旋塞閥，在運行中周期檢查，跟蹤運行情況，并無異常；2020年裝置度大修，解體檢查發現籠套有腐蝕情況，但不影響工藝指標的控制。2020年5月9日更換新備件。AZ籠套型旋塞閥在線運行時長13個月，可以保證裝置長周期運行。
對閥門常在小開度運行原因分析
通過查詢原設計資料發現，原設計的閥門流量為7.5~30m3/h；而工藝技術人員根據現在裝置運行情況給出的工藝流量為3.5~18m3/h，見表2；所以原設計閥門的流通能力偏大，要根據實際工藝參數計算閥門的流通能力Cv值，選擇相應的調節閥。
表2 工藝參數表
調節閥長期小開度運行，也導致閥門進口和出口閥座襯套長期沖蝕，襯套損壞，出現內漏，閥門的調節性能更低，導致控制渣酸流量更難。
1、計算調節閥流通能力系數Cv值
由工藝提供渣酸流量調節閥FV-04601工藝參數由表2得知：
調節閥閥前壓力：P1=0.8MPa
調節閥閥后壓力：P2=0.45MPa
調節閥最大流量：Q=18m3/h
溫度選擇：T=60℃
渣酸比重：Gf=1.45
①首先判斷是否為阻塞流。
判別式：FL2(P1-FF×Pv)
籠套型旋塞閥與V型球閥相近，查表：FL=0.57
渣酸溶液以水估算，查表：60℃的飽和蒸氣壓：Pv=0.02
查臨界壓力表：FF=0.95
故FL2(P1-FF×Pv)=0.572×(800-0.95×0.02)=260kPa
因為ΔP=P1-P2=0.8-0.45=0.35MPa=350kPa
及ΔP＞FL2(P1-FFPv)，所以產生阻塞流。
②流量系數的計算
根據計算Cv，從產品標準系列中，選取大于計算Cv值，并最接近一級的閥門。選擇Cv值為31的旋塞閥，進行模擬驗算開度和流量，能滿足工藝操作要求，見表3(數據來自AZ廠家Cv值驗算出廠報告)。根據《自動儀表選型規定》(HG20507-1992)，等百分比特性閥門，最大開度≤90%，最小開度≤30%，閥門選擇符合規定。
表3 模擬驗算開度、Cv值和流量表
表4 原設計閥門和現使用閥門比較表
在實際運行過程中，也得到了驗證：例如2021年3月11日，生產硫銨產品時，流量11m3/h，閥門開度65%；其他配方的產品生產，FV-04601運行也很穩定。原設計旋塞閥Cv值172，流通能力超出實際所需值5倍多，平時開度在5%~10%，可調區間太小，又內漏基本無調節功能，全靠手動閥控制工藝指標。閥門Cv值選擇太大，也是導致閥門長期小開度運行和無法準確控制的根本原因。
2、旋塞閥門內漏的分析
內漏主要出現在FLOWSERVE的旋塞閥和YADI的旋塞閥，解體檢查，都是閥門小開度時，PTFE襯套接液部分損壞，閥芯表面有白色晶體，很難去除。分析有兩個原因：第一，在小開度時，介質流速最高，根據介質成分表，含固量在5%~20%，當介質高流速或壓力損失和含固體介質流過PTFE襯套時，對其造成沖刷，磨損最嚴重；長時間在小開度運行，造成襯套損壞，也導致內漏增大；第二，工藝水以渣場回水為主，會有氟硅酸鹽產生，如氟硅酸鉀和氟硅酸鈉性質，均為白色微不溶結晶，幾乎不溶于冷水，在熱水中水解成氟化鉀、氟化氫及硅酸，其水溶液呈酸性，微量結晶體吸附于閥芯，增大閥芯的表面粗糙度，長時間開關調節，會對襯套有磨損。
3、球閥卡死的原因分析
陶瓷閥在使用過程中，隨運行時間變長，閥門會出現卡澀現象，閥芯和閥座表面有白色結晶，一個月左右會出現閥座、閥芯碎裂的現象，如圖1所示。
圖1 陶瓷球閥閥內件碎裂
原因分析：第一，由介質成分表看，介質含有硅酸鹽，會隨時間有微量吸附閥內件，增大了閥芯和閥座之間摩擦阻力，開關力矩變大，當超過陶瓷閥內件的可承受扭力時，造成閥內件碎裂；第二，在開車過程中，根據管式反應器運行狀態，使用中壓蒸汽不定期吹掃管道，壓力在0.8MPa左右，溫度在170℃左右，冷熱介質交替，陶瓷和閥體受熱膨脹系數不同，導致陶瓷加劇疲勞；第三，介質比較臟，有編織袋，微小顆粒等異物，進入閥體腔室，卡在閥芯和閥座之間，開關力矩增大；第四，介質由于有氟離子，氫氟酸，會對陶瓷有腐蝕性也加速了閥內件的損壞。
4、閥內件腐蝕原因分析
以磷酸為主要原料生產復合肥時，渣酸介質復雜，以渣場回水作為尾洗工序的洗滌液，在預洗槽加入硫酸，在管反槽加入磷酸，配比25%~30%；從介質成分表中看出還有F-、K+、Na+、CL-以及SO42-等離子，對金屬腐蝕很厲害，管道材質為904L，FLOWSERVE的旋塞閥、YADI的旋塞閥、AZ旋塞閥的閥體和閥內件材質都是CD4MCu，屬于雙相不銹鋼，耐磷酸腐蝕優于904L。2020年4月份調整生產工藝為半料漿生產法，調節閥FV-04601主要介質調整為MAP溶液，AZ旋塞閥運行15個月后，發現籠套有比較嚴重的全面腐蝕。僅渣場回水中磷酸的含量＜1%，但是硫酸的量有所增加(0.5~1.0m3/h)，因為904L可以解決硫酸、磷酸的全面腐蝕問題，又可以解決氯化物點腐蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕和晶間腐蝕問題，在半料漿生產生產工藝中，閥內件選904L會更耐腐蝕，這需要在今后的使用中去驗證。
5、渣酸調節閥選型方面的思考
①調節閥選型Cv值計算要準確
選型首先要根據實際工藝參數來計算調節閥Cv值，進行選型，避免小開度運行。Cv值計算是否準確，主要決定于產品部工藝參數提供得是否準確，必須重視。
②調節閥類型選擇要適合實際生產的工藝
渣酸介質中有產生結晶的因子，而且介質中有編織袋碎屑、微小顆粒等異物，所以不能選擇球閥。籠式旋塞閥比較合適，第一因為閥芯少量結晶，不會導致與PTFE閥座卡死，PTFE比金屬軟，又有自潤性能和抗變形能力；在PTFE中添加一定比例的玻璃纖維，襯套的抗沖擊強度和耐磨損度提高30%，可以在220~250℃長期使用。第二流體經過籠式旋塞閥時，只有內閥芯(籠套)被沖刷，很好地保護了襯套的沖蝕，避免出現內漏，可以長周期使用。如果腐蝕而損壞，也不影響調節閥的正常工作。第三籠式旋塞閥的流道雖有縮頸，但全開時閥芯對介質流通無任何阻擋，與O型球閥相似，介質有雜物，也不會堵塞閥芯。且流路簡單，流阻很小，具有高壓力恢復能力。
根據閥門運行情況和生產工藝嘗試新材料半料漿生產工藝中，對于閥芯的腐蝕，可以嘗試904L材質的閥內件；也可以嘗試閥內件噴涂特種陶瓷，提高抗沖蝕強度和耐腐蝕能力。
5、小結
轉鼓復合肥裝置渣酸調節閥FV-04601選籠式旋塞閥，適合本裝置的長周期運行；對于閥內件的腐蝕，要繼續收集工藝數據，進行分析，并嘗試新材料。
作者：祁維軍和胡彥文(兩位作者現供職于青海云天化國際化肥有限公司)
